[发明专利]一种高性能直接煤燃料电池及制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能直接煤燃料电池，包括阴极、电解质和阳极，所述阳极连接阳极室，所述阳极室设置填充碳和碳酸盐的泡沫金属。还公开了一种高性能直接煤燃料电池的制备方法。采用本发明的一种高性能直接煤燃料电池及制备方法，有效扩大了电化学反应的活性位点，促进碳的直接电化学氧化，提高了电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及一种高性能直接煤燃料电池及制备方法，属于煤燃料技术领域。

背景技术

煤炭作为一种丰富且具有竞争力的燃料，由于其优越的高能量密度和对储存和运输的友好性，预计将在发展中国家的发电行业保持主导地位，然而，开发高效环保的煤炭利用技术仍然是一个挑战。直接碳燃料电池（DCFCs）作为一种无需卡诺循环就能将碳的化学能直接转化为电能的新型燃料电池，引起了人们的广泛关注。到目前为止，根据电解液的类型，直流燃料电池可分为四大类：熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、熔融氢氧化物燃料电池（MHFC）、固体氧化物电解质燃料电池（SOFC）和新开发的混合直接碳燃料电池（HDCFC），将熔融碳酸盐添加到固体碳中，与传统SOFC结构内的固体电解质（例如，稳定的氧化钇、掺杂的氧化铈）一起形成混合电解质。因此，对于HDCFC而言，熔融离子导电碳酸盐增强了离子传输。此外，熔融碳酸盐中碳的气化可以促进，并且由于接触增加，电化学氧化位点也可以从固体碳/阳极界面扩展到熔融碳酸盐/碳界面。然而，由于熔融碳酸盐的电子导电性较差，高效直接电化学氧化HDCFCs中的碳仍然是一个挑战。

提升燃煤发电效率对我国能源经济意义重大，但受制于热力学卡诺效率限制，目前最先进的超临界燃煤发电技术的平均净效率亦只有40%，单位发电量的煤炭消耗量居高不下，同时难以破解煤炭发电固有的CO2大量排放的技术瓶颈，无法真正实现煤炭的清洁利用。直接煤燃料电池是一种可将煤炭中所蕴含的化学能直接转化成电能的发电装置。由于不经过燃烧过程，其能量转换效率理论上可以高达100%。但该技术的两个主要缺点是由于：1 .传统的镍基阳极容易发生积炭，从而导致活性位点被碳颗粒堵塞，性能不断衰减甚至停止工作。2.煤炭与电池阳极表面的接触面积有限，导致电池的反应活性位点变少，发电功率有限。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种高性能直接煤燃料电池及制备方法，本发明有效扩大了电化学反应的活性位点，促进碳的直接电化学氧化，提高了电池的电化学性能。

本发明采用的技术方案如下：

一种高性能直接煤燃料电池及制备方法，包括阴极、电解质和阳极，所述阳极连接阳极室，所述阳极室设置填充碳和碳酸盐的泡沫金属。

一种高性能直接煤燃料电池，所述燃料电池的结构为：阳极室/LLSFN-SDC/SDC/YSZ/SDC/SSNC，LLSFN-SDC作为阳极，SSNC作为阴极，所述阳极室设置填充碳和碳酸盐的泡沫金属。

在本发明中，LLSFN-SDC为LLSFN_x与SDC的混合物。其中，YSZ作为电解质为氧化钇稳定的氧化锆，LLSFN_x为La_0.65Li_xSr_0.3Fe_0.8Ni_0.2O_3-δ，SDC为Sm_0.2Ce_0.8O_1.9，SSNC为SrSc_0.175Nb_0.025Co_0.8O_3-δ。

一种高性能直接煤燃料电池，包括阴极、电解质和阳极，所述阳极连接泡沫金属，所述泡沫金属封装于陶瓷管的一端作为阳极室，陶瓷管内填充碳和碳酸盐的混合物。